Sifat Gelombang

Perilaku gelombang cahaya di seluruh spektrum elektromagnetik selalu sama. Ketika bertemu dengan sebuah objek, cahaya ditransmisikan, dipantulkan, diserap, dibiaskan, terpolarisasi, terurai atau dihamburkan, tergantung komposisi objek dan panjang gelombang cahaya.

Instrumen khusus di pesawat antariksa NASA dan pesawat terbang mengumpulkan data tentang sifat gelombang elektromagnetik ketika berinteraksi dengan materi. Data ini dapat mengungkap komposisi fisik dan kimia dari sebuah materi.

Refleksi

Refleksi terjadi ketika cahaya dipantulkan oleh suatu objek. Permukaan yang sangat halus seperti cermin memantulkan hampir seluruh cahaya.

Warna suatu objek sebenarnya tergantung pada panjang gelombang cahaya yang dipantulkan dan diserap. Dalam hal ini, warna mengacu pada setiap panjang gelombang cahaya dalam spektrum cahaya kasat mata. Komposisi fisik dan kimia sebuah materi menentukan panjang gelombang (atau warna) apa yang dipantulkan.

Kredit: NASA/Goddard

Sifat reflektif cahaya ini dimanfaatkan oleh instrumen laser Lunar Reconnaissance Orbiter NASA untuk memetakan permukaan Bulan. Instrumen mengukur selisih waktu yang dibutuhkan oleh pulsa laser untuk menyentuh permukaan dan kembali. Semakin lama respons pulsa laser, semakin jauh permukaan dan semakin rendah elevasi (ketinggian). Respons yang lebih singkat berarti elevasi permukaan lebih tinggi. Dalam gambar belahan selatan Bulan ini, elevasi rendah ditampilkan dalam warna ungu dan biru, sedangkan elevasi tinggi ditampilkan dalam warna merah dan coklat.

Penyerapan

Penyerapan terjadi ketika foton cahaya melakukan kontak dengan atom dan molekul sehingga menyebabkan foton bergetar. Semakin banyak molekul sebuah benda yang bergetar, objek akan semakin panas. Panas kemudian dipancarkan dari objek sebagai energi termal/panas.

Beberapa objek, seperti objek berwarna lebih gelap, menyerap lebih banyak energi cahaya daripada warna lainnya. Misalnya jalan raya aspal hitam menyerap sebagian besar energi ultraviolet dan hanya memantulkan sedikit cahaya, sementara jalan raya dari beton yang berwarna terang memantulkan lebih banyak energi daripada yang diserap. Jadi jalan raya aspal hitam akan lebih panas saat musim kemarau daripada trotoar. Foton terpental di sekitarnya selama proses penyerapan dan kehilangan sedikit energi ke molekul-molekul di sepanjang jalan. Energi termal ini kemudian memancar dalam wujud energi gelombang inframerah yang lebih panjang.

Kredit: Marit Jentoft-Nilsen, berdasarkan data Landsat-7

Radiasi termal dari aspal dan atap di sebuah kota yang menyerap energi, dapat menaikkan suhu permukaan hingga 10° Celsius. Citra dari satelit Landsat 7 ini menampilkan kota Atlanta sebagai sebuah "pulau" terpanas dibandingkan daerah di sekitarnya. Terkadang pemanasan udara di bagian atas kota dapat memengaruhi cuaca, yang disebut efek “pulau panas perkotaan”.

Difraksi (Penguraian)

sifat-gelombang-cahaya-penguraian-informasi-astronomi

Difraksi adalah pembengkokan dan penyebaran gelombang di sekitar objek yang dilewati cahaya. Difraksi paling jelas diamati saat gelombang cahaya mengenai sebuah objek dengan ukuran yang sebanding dengan panjang gelombangnya sendiri. Sebuah instrumen yang disebut spektrometer memanfaatkan difraksi untuk memisahkan cahaya ke berbagai panjang gelombang yang disebut spektrum. Dalam kasus cahaya kasat mata, pemisahan panjang gelombang melalui difraksi menghasilkan pelangi.

Spektrometer menggunakan difraksi cahaya (dan interferensi lanjutan lainnya) dari celah atau kisi-kisi untuk memisahkan panjang gelombang. Puncak energi yang lemah pada panjang gelombang tertentu kemudian dapat dideteksi dan dicatat. Grafik dari data ini disebut ciri khas spektral, yang membantu para astronom untuk mengidentifikasi kondisi fisik dan komposisi materi dari bintang dan ruang antarbintang.

Kredit: ESA/NASA/JPL-Caltech

Grafik di atas diperoleh dari data spektrometer inframerah SPIRE Teleskop Antariksa Herschel ESA (Badan Antariksa Eropa), yang mengungkap garis-garis emisi kuat karbon monoksida (CO), atom karbon, dan nitrogen terionisasi di galaksi Messier 82.

Penghamburan

Penghamburan terjadi ketika cahaya memantul dari suatu objek ke berbagai arah. Jumlah penghamburan tergantung pada panjang gelombang cahaya, ukuran dan struktur objek.

Langit tampak biru karena sifat penghamburan cahaya. Cahaya pada panjang gelombang yang lebih pendek, biru dan ungu, dihamburkan oleh nitrogen dan oksigen ketika melewati atmosfer. Panjang gelombang cahaya yang lebih panjang, merah dan kuning, diteruskan melalui atmosfer. Penghamburan cahaya pada panjang gelombang yang lebih pendek menerangi langit dengan cahaya kasat mata dari ujung spektrum biru dan ungu. Meskipun ungu dihamburkan lebih banyak daripada biru, langit terlihat berwarna biru karena mata kita lebih sensitif terhadap cahaya biru.

distribusi-debu-vulkanik-informasi-astronomi

Kredit: NASA/GSFC/LaRC/JPL,Tim MISR

Aerosol di atmosfer juga dapat menghamburkan cahaya. Satelit CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation) NASA dapat mengamati penghamburan pulsa laser untuk “melihat” distribusi aerosol dari sumber seperti badai debu dan kebakaran hutan. Gambar di bawah ini menunjukkan awan abu vulkanik yang melayang di langit Eropa dari letusan Gunung Eyjafjallajökull di Islandia pada tahun 2010.

Pembiasan

Pembiasan adalah perubahan arah gelombang cahaya ketika merambat dari satu medium ke medium lainnya. Cahaya lebih lambat di udara daripada di ruang hampa, bahkan lebih lambat di dalam air. Saat cahaya merambat ke medium yang berbeda, perubahan kecepatan akan membelokkan cahaya.